Logiciels utilisés : Inkscape
Machines utilisées : ShapeOko3 XXL du SEM Lab et découpeuse laser
Temps de réalisation : ~2h pour le design, 1h de découpe, 1h de finitions
Prix : selon les dimensions et les matériaux
Résumé :
Création d’un labyrinthe infini (recto et verso d’une planche de bois fraisé). Une plaque d’acrylique ou de polycarbonate découpée à la laser ferme le dispositif.
Avant propos.
Contrairement aux précédents tutoriels, tous les détails et les raccourcis clavier ne sont pas indiqués ci-dessous. Seules les principales étapes sont détaillées. Référez-vous aux précédents tutoriels pour le détail.
En résumé, voici les étapes importantes du design :
- Création du contour extérieur et de la zone du labyrinthe (pour la pose de la plaque transparente).
- Création de 4 points de référence qui serviront à l’alignement « recto-verso » lors du fraisage
- Création des trous permettant le passage « recto » vers « verso »
- Création du tracé « recto » du labyrinthe.
- Création du tracé « verso » du labyrinthe
- Inversion du tracé « verso » par symétrie pour réaliser le fraisage.
- Préparation des fichiers G-codes
- Découpe « recto »
- Inversion de la plaque puis découpe « verso »
- Découpe des plaques transparentes à la découpeuse laser
- Assemblage du tout (bille, plaques transparente et labyrinthe en bois)
1. Contour et dimensions générales de l’objet
En partant des dimensions de votre planche de bois (sans oublier de compter une marge d’au minimum 1cm par côté), créez un document sous Inkscape aux bonnes dimensions. Ajoutez une grille dont les intervalles correspondent au diamètre de la fraise qui sera utilisée (6mm dans mon cas), puis retouchez les dimensions du document pour obtenir un multiple de cet intervalle (soit 402x204mm pour moi). Réalisez ensuite le contour externe de l’objet et des éventuelles poignées. Simulez le passage de la fraise en utilisant une épaisseur de contour égale au diamètre de la fraise. Créez ensuite la zone du labyrinthe, en choisissant encore une fois un multiple de l’intervalle de la grille.
2. Création des points de référence pour le fraisage recto – verso
Avant d’aller plus loin, il faut créer les points de référence qui nous permettront d’aligner correctement chaque face pour la découpe. Idéalement, les points de référence se situent sur les 4 coins du document, en dehors du modèle, mais en réalité la seule règle à respecter, c’est qu’ils doivent respecter la symétrie qui sera appliquée par la suite.
Pour créer ces points, le plus simple est de créer un nouveau calque et de tracer un segment avec l’outil de traçage de courbes de Bézier. Puis grâce au magnétisme et à la grille, les 2 noeuds du segment sont ramenés à la même coordonnée pour se superposer. Pour bien visualiser ce « segment », il est important de lui appliquer un contour d’une certaine épaisseur (idéalement, du même diamètre que la fraise qui sera utilisée). Attention, il deviendra très difficile de déplacer ces « objets » autrement qu’en déplaçant les noeuds qui les définissent.
3. Création des trous de changement de face (recto – verso) du labyrinthe
Sur un nouveau calque, on place les trous qui serviront de passages à la bille pour passer d’une face à l’autre. Il faut ajouter un nombre de trou paire (dans mon cas j’en ai fait 6). Pour les réaliser, on procède comme au point précédent, en ramenant le second noeud d’un segment sur le premier. Petite astuce, organisez les trous par paire, en attribuant une couleur à chaque paire. Ainsi sur le plan « recto », les points seront liés selon la même couleur (vert-vert, bleu-bleu, rouge-rouge) et sur le plan « verso », ils seront liés en croisant les couleurs (vert-rouge, rouge-bleu, bleu-vert). De cette façon, le parcours créé sera infini.
4. Création du premier tracé (recto) du labyrinthe.
Les trous étant posés, il suffit de créer le chemin qui les reliera les uns aux autres. Cela se fait grâce à l’outil de tracer de courbes de Bézier et à la grille, le tout sur un nouveau calque évidemment. En partant d’un trou d’une paire (voir point précédent), on crée le chemin pour se rendre à l’autre trou de la paire. On répète la procédure pour toutes les paires de trou, en veillant bien à ce que les parcours ne se croisent pas. L’utilisation de couleur facilite grandement la visualisation des chemins et l’utilisation de la grille permet de garantir qu’il y aura des murs entre les chemins créés. A noter qu’il est déjà possible de complexifier un peu le tracé, en faisant des aller et retour sur certains noeuds.
Une fois les « bons » chemin réalisé, il faut remplir le reste de la surface pour complexifier d’avantage le labyrinthe, et ainsi le rendre plus intéressant. En partant d’un endroit du « bon chemin », on va créer un chemin sans issue. Le procédé est similaire à la partie précédente, et encore une fois, on veillera à ne pas connecter les parcours entre eux. Personnellement, j’utilise une autre couleur pour figurer ces chemins sans issue et ainsi m’aider à visualiser les parties du labyrinthe.
5. Création du second tracé (verso) du labyrinthe.
Il est temps maintenant de nous occuper de l’autre face du labyrinthe. Avant tout, on masque le calque du premier tracé et on ajoute un nouveau calque pour le second tracé. On opère de la même façon que précédemment, si ce n’est qu’il faut relier les trous différemment (comme indiqué au point 3) afin de créer un parcours « infini » en forçant le passage séquentiel de tous les trous. L’utilisation des couleurs est encore une fois recommandée afin de mieux visualiser les différents chemins.
6. Inversion par symétrie axiale du second tracé (verso).
Actuellement, le second tracé est représenté « par dessous ». Or le fraisage s’effectue « par dessus ». Il est donc nécessaire d’appliquer une inversion par symétrie axiale du tracé, pour correspondre à la façon dont il sera réellement fraisé. L’axe de symétrie passe exactement au centre des points de référence (créés au point 2). L’axe peut être placé verticalement ou horizontalement cela n’a pas d’importance, mais cet axe devra être respecté lors du retournement de la planche entre les 2 parties du fraisage (voir le point 9). Commencez par dupliquer le calque contenant le second tracé, l’original servira de « backup » en cas de modifications ultérieures du design. Sur le duplicata, regroupez tous les objets du tracé avec la fonction « grouper ». Si la zone du labyrinthe est parfaitement centrée (tout comme les points de référence) alors il suffit d’utiliser la fonction « retourner horizontalement » (ou verticalement selon votre choix) du menu « Objet » pour réaliser l’opération. Si ce n’est pas le cas, il faudra grouper le tracé avec les points de référence voir un autre référentiel créé pour l’occasion, afin d’assurer la bonne position de l’axe de symétrie (celui-ci étant toujours situé au milieu de la zone de sélection).
7. Préparation des fichiers g-code
Cette étape a déjà été détaillée dans d’autres projets et s’effectue ici avec le plugin Gcodetools. En résumé, il faut créer un fichier g-code par type de fraise et par côté. Afin d’éviter toute erreur, il est même préférable de créer un fichier g-code par type d’opération (référence, surfaçage, détourage, trou, labyrinthe). Il est tout à fait possible de regrouper par la suite (grâce à un éditeur de texte) les différents fichiers g-code, mais ce n’est pas obligatoire.
Dans mon cas, je dispose initialement des fichiers suivants : creusage des points de référence avec une mèche de 3mm sur une profondeur de 26mm (soit 5mm de plus que les 21mm correspondant à l’épaisseur de ma planche) ; détourage de la pièce finale avec fraise de 6mm et profondeur de 10,5 mm (soit la moitié de l’épaisseur de ma planche*) ; creusage des trous côté « recto » avec fraise de 6mm et profondeur de 16mm** (soit l’épaisseur de la planche diminuée d’un peu moins que la profondeur d’un tracé de labyrinthe) ; fraisage du tracé labyrinthique « recto » avec fraise de 6mm et profondeur de 6mm** ; fraisage du tracé labyrinthique « verso » (et inversé) avec fraise de 6mm et profondeur de 6mm.
* Il y a plusieurs options possibles pour cette partie. La première consiste à fraiser sur pratiquement toute l’épaisseur de la pièce. La seconde consiste à fraiser en moitié, l’une « recto » et l’autre « verso ». Cela dépend de la capacité de coupe de la fraise en question. Il est recommandé de fraiser au final un peu moins de la totalité de l’épaisseur car ainsi la pièce restera attachée aux points de fixation (la séparation finale étant réalisée par la suite, manuellement avec un cutter ou une scie à ruban). Cependant s’il n’y a pas de découpe intérieure (donc pas de « poignée ») ou si on s’assure que les parties internes (intérieur des poignées) soient découpées avant les parties externes, alors on peut alors fraiser complètement car cela ne posera pas de problème de fixation.
** Dans mon cas, la profondeur de coupe d’un tracé est en réalité de 8mm, car j’ai 2mm dédié à l’intégration de la plaque transparente, comme cela est indiqué tout à la fin dans les « améliorations possible ». Je dispose donc également d’un fichier g-code supplémentaire pour le creusage de la cavité avec la fraise de 6mm et une profondeur de 2mm.
Etant un utilisateur avancé, je regroupe mes fichiers g-code en 3 fichiers qui seront utilisé dans cet ordre :
– fraisage des points de référence avec fraise de 3mm.
– fraisage côté « recto » avec fraise de 6mm : fraisage du tracé labyrinthique « recto » -> fraisage des trous -> fraisage de la cavité** -> fraisage du détourage final
– fraisage côté « verso » avec fraise de 6mm : fraisage du tracé labyrinthique « verso » inversé -> fraisage de la cavité** -> fraisage du détourage final
A gauche, le fraisage des points de référence. Une vis est ensuite utilisée comme fixation et comme alignement.
A droite, le fraisage de la face « verso ». On constate qu’il y a beaucoup d’échardes sur le centre et un peu moins sur le côté. En effet, la fraise utilisée étant une « upcut » (les copeaux sont évacués par le haut), celle-ci a tendance à arracher la partie supérieure du contre-plaqué. Afin de réduire le nombre d’échardes, le surfaçage est effectué après le fraisage du chemin, celui-ci commence en spiralant à partir de l’extérieur. L’usage de scotch aide également à cela.
AMELIORATIONS et FINITIONS
- Un tel labyrinthe nécessite l’ajout d’une plaque transparente pour éviter la perte de la bille lors du passage dans un trou. Actuellement, notre design prévoit un simple collage « par-dessus » de cette plaque. C’est la façon la plus facile de procéder, mais pas forcément la plus jolie ni la plus durable. Il est possible d’améliorer notre design en creusant une cavité pour l’insertion de cette plaque dans l’objet. La profondeur d’insertion étant égale à l’épaisseur de la plaque. Idéalement, la plaque devrait être légèrement supérieure à la surface du tracé du labyrinthe (cela permettant un collage uniforme sur tout le pourtour). Pour créer cette cavité, le plus simple est de partir d’un rectangle, qu’on va ensuite remplir avec un chemin en zigzagant (ou en spiralant) grâce à la grille. Lors du fraisage, il faudra tenir compte de l’épaisseur de cette plaque pour déterminer la profondeur de fraisage du labyrinthe. Dans mon cas, la plaque mesure 2mm d’épaisseur et le tracé a une profondeur de 6mm, ce qui veut dire que ma profondeur finale est de 8mm. Selon la taille du labyrinthe, cette plaque peut être découpée avec un massicot. Dans mon cas, j’ai utilisé une découpeuse laser pour une découpe parfaite et l’ajout de coins arrondis. La plaque s’adaptant ainsi parfaitement à la zone fraisée.
- L’application de peinture pour améliorer le contraste est fortement recommandé. Il est plus facile de peindre l’extérieur (le haut des murs) que l’intérieur du tracé, car la peinture peut ainsi être appliquée au rouleau très rapidement. Attention cependant à ne pas surcharger le rouleau en peinture sans quoi celle-ci coulera dans le tracé.
- Pour rendre le labyrinthe plus agréable à manipuler, il est conseiller de casser les arrêtes en créant un chanfrein. Si celui-ci pourrait être réalisé par fraisage numérique, il est souvent bien plus simple et plus rapide d’utiliser manuellement une défonceuse avec une fraise munie d’un guide.
Ci-dessous, le labyrinthe (face « verso ») après ponçage des dernières échardes et peinture de la partie supérieure. Il reste encore à chanfreiner les arrêtes du pourtour et à ajouter la plaque de polycarbonate, sans oublier l’ajout d’une bille.
